利用直接空气捕集（DAC）补CO2以实现沙漠温室作物减碳

来自炽热沙漠的鲜食

在酷热沙漠中种植叶菜和番茄听起来不可思议，但高科技温室已经在用极少的水实现这一点。问题是，这些玻璃堡垒依赖卡车运送的二氧化碳，增加了成本和污染。本研究探讨温室是否可以在农场现场直接从空气中提取CO2，从而在为干旱酷热地区供粮的同时，减少燃料使用和气候影响。

为何沙漠温室需要额外补助

现代沙漠温室是密闭的建筑，靠强力冷却器降温并以廉价太阳能供电。内部，种植者精细管理光照、温度、水分和养分，使单位面积产量比露地高数倍且用水量仅为其一小部分。但有一项缺失的要素。为防热量进入而保持密闭的结构使得植物迅速耗尽室内空气中的二氧化碳。室内浓度可降至室外的一半，抑制光合作用并限制生菜与樱桃番茄的产量。

现行方案依赖卡车运输

为了解决这一点，大多数商业运营者购买从工业设施捕获的纯液态CO2，装车运到温室，在大型储罐中存放，然后气化进入生长空间。这一流程能可靠提高产量和利润，但有权衡。农场为每吨CO2支付的价格包含生产、道路运输和供应商加价。对于远离气源的许多沙漠地点，这些成本很高且卡车行程带来大量温室气体排放。此外，安全处理高压罐和频繁交付也增加了运营复杂性。

在现场从稀薄空气中提取碳

研究人员探讨了一种不同的方法，称为直接空气捕集（DAC），使用特殊固体材料直接从环境空气中捕获CO2。他们为可并置于一公顷沙漠温室旁的两种设计建立了模型。在温度-真空系统中，风扇将空气推动通过填充多孔吸附剂的柱体，吸附剂结合CO2。一旦材料饱和，柱体被密封、温和加热并施以轻微真空，使CO2以低纯度流释放出来，这种纯度足以供给作物。在湿度摆动系统中，吸附剂在干燥时吸附CO2、受潮时释放CO2，因此循环由加水与去水驱动，而非热能与深度真空。

成本与气候影响的数值评估

研究团队使用与沙特阿拉伯吉达真实天气数据相连的计算模型，基于详细的作物光合作用计算估算整个年度温室所需的CO2量。然后他们按照该需求为每种富集方案确定规模，并计算设备寿命期内的设备与运行成本，包括电力与用水。对于生菜与樱桃番茄，直接空气捕集系统供应CO2的成本约为每吨240至252美元，在许多现实市场条件下与车运液态CO2相当或更便宜。在加入生命周期评估（追踪从材料、能源到运输的全链路排放）后，他们发现当捕集单元以太阳能为主的电力运行时，与车运CO2相比整体气候影响降低，尤其是对需更多补CO2的番茄作物影响更显著。

对种植者的关键杠杆与权衡

分析显示，两种捕集设计各有优势。湿度摆动选项需要的组件更少，因此前期硬件成本较低，但运行时需要更多风机功率与用水。温度-真空系统因需热泵与真空泵而建造成本更高，然而它用电更高效且通常排放更低。在两种情况下，决定成本的最大因素是当地电价与电力清洁度，以及每公斤吸附剂每日可循环的CO2量。因此，吸附剂性能的提升和沙漠地区低成本太阳能的普及能在未来使这些系统更具吸引力。

对未来沙漠食物生产的意义

明确地说，研究表明沙漠温室不必依赖柴油卡车长途运输CO2。通过合适的设计、由太阳能供电的小型现场空气捕集单元可以提供维持作物快速生长所需的CO2，同时降低温室气体排放。温室的冷却仍然是其气候足迹的主要来源，但将高效冷却与低碳电力及现场CO2捕集相结合，为在缺水地区增产而不成比例增加环境影响提供了一条有前景的路径。

引用: Lopez-Reyes, Z., Hopwood, W., Jones, J. et al. Decarbonizing desert greenhouse crop production with direct air capture–based CO₂ enrichment. npj Sustain. Agric. 4, 39 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00149-6

关键词: 沙漠温室, 直接空气捕集, CO2补充, 太阳能, 可持续农业